个人保健与峰值体能训练因技术进步而得以简化

医疗电子 时间:2012-04-01来源:网络

图4:单芯片脉搏血氧计设计方框图

呼吸波形测量

有几种方法可适用于呼吸波形测量。基本的一种是采用配有传感器(如压电式元件)的可穿戴式胸带。在一个吸气与呼气周期中,随着胸腔的扩张与收缩,压电式元件将产生有效的信号电压,此信号电压可由简单的MCU进行处理来计算呼吸率。

第二种方法是采用一个靠近鼻孔的小热敏电阻来测量呼出的气体温度。但这对使用者个体而言存在一些不便,因而并不常用。不过,这种方法易于开发,而且形成的系统可有助于计算个体所燃烧的卡路里。

第三种方法运用了阻抗充气造影术的原理。此类装置可采用一个MCU来实现。50 kHz AC激励信号的低电流(约几个μA)通过两个间隔6~8英寸放置的胸部电极传送。该方法可采用MCU的其中一个脉宽调制 (PWM) 通道来实现。胸部形成了用于该电流流动的部分阻抗通路,胸部的阻抗会随着肺部所含空气量的不同而变化。这完全是由于吸气与呼气所产生的变化,因此可以容易地计算出呼吸波形和呼吸率。

另一种方法是从胸部EKG推导出呼吸波形,除了一个用于测量HRV的传统EKG电极装置以外,此方法不需要任何额外的电极。如果有一个现成的HRV系统,那么这种方法几乎无需花钱就能实现。如图5所示,上方的迹线是经过放大和低通滤波的EKG信号。您会注意到QRS峰值中的幅度变化。这种变动实际上是由因吸气与呼气造成的胸区传导性 (thorax region conductivity) 变化所引起的。当个体吸入空气时,肺部会充满空气,进而导致胸区的阻抗增加,从而产生较低幅度的EKG波形,反之亦然。如图5中的下方迹线所示,采用简单的调幅 (AM) 解调方案能够显示呼吸波形。

图5:从胸部EKG波形推导出呼吸波形。

MCU和MEMS传感器

实际上,针对每一种健身方式都存在峰值体能应用,包括诸如举重、俯卧撑和体操锻炼等活动(见图6)。可以将一些MEMS加速计置于人体的关键部位上,如二头肌、三头肌、腹肌、腿筋等等,以获得有关肌肉收缩与扩张(因锻炼所致)的测量和反馈结果。反过来,反馈可帮助个体调整锻炼策略,以最大限度地增加肌肉微差移动 (muscle differential movements)。人们甚至有可能发现:自己多年使用的常规锻炼方式根本不是最优的。MEMS传感器是EMG系统的一种上佳的替代方案。

图6:MEMS人体局域网

EMG系统可提供相同的反馈,尽管这需要采用更加昂贵而且让使用者感觉不舒服的装置。此外,还可以将多个MEMS传感器设计成一个无线贴片 (wireless patch) ,并可使其与诸如人体局域网 (BAN) 等系统实现联网。

当今的MEMS传感器和RF无线技术正在个人保健与峰值体能应用领域开辟新的可能性。目前,在诸如稳定性监测和锻炼反馈等应用中已设计有惯性传感器(如加速计和陀螺仪)。而定向传感器(比如电子罗盘和全球定位系统 [GPS])的应用实例则包括用于监护和跟踪老年痴呆症患者的范围内监测 (in-range monitoring)、报警以及引导。

传统的医疗诊断技术已在生物反馈领域找到了新的用途。新式生物反馈设备兼具便携性和低成本。此外,MEMS惯性传感器(例如:加速计和陀螺仪)还实现了高级生物反馈技术。而且,无线技术(特别是在人体局域网应用中)也在这一迅速崛起的生物反馈行业中催生了多种新产品。

作者:Murugavel Raju /德州仪器。Murugavel Raju是德州仪器公司(位于美国德克萨斯州达拉斯)MSP430 MCU业务部负责系统解决方案开发的全球业务经理。

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关键词: 保健 峰值

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